К тому моменту, когда Вселенной было примерно 500 миллионов лет, необычная черная дыра уже успела накопить огромную массу. Анализ ее эволюции позволил астрономам сделать вывод о том, как в молодой Вселенной образовывались настолько массивные и при этом древние объекты.
Скопление Пандоры, или Abell 2744, — гигантский кластер галактик, образовавшийся, как предполагают ученые, из одновременного слияния как минимум четырех скоплений. Хотя этот объект интересен сам по себе, его особенности — не единственная причина, почему астрономы уделяют ему много внимания.
Благодаря своей массе скопление действует как гравитационная линза, увеличивая для нас гораздо более далекие галактики, который мы не смогли бы иначе разглядеть доступными инструментами. С помощью телескопа «Джеймс Уэбб» и этого скопления удалось найти 11 таких галактик, сформировавшихся, когда после Большого взрыва прошло меньше миллиарда лет.
Международная группа астрономов решила проверить, есть ли в центре этих объектов сверхмассивные черные дыры, активно поглощающие материю. Такие ядра галактик называют квазарами. От происходящих там процессов исходит сильнейшее рентгеновское излучение, поэтому ученые воспользовались космической рентгеновской обсерваторией «Чандра».
Местоположение одного яркого источника совпало с галактикой UHZ1, которую гравитационная линза увеличила в четыре раза. Мы видим эту галактику с красным смещением z ≈ 10,3, то есть такой, какой она была, когда с Большого взрыва прошло 500 миллионов лет. Судя по количеству энергии и длинам волн, в ее центре находится квазар, скрытый пылью и газом галактики. Но главное тут — его масса.
Массу таких объектов ученые оценивают по их яркости. Чем массивнее объект, тем больше материи он поглощает, тем ярче светится эта материя, замедляясь перед «падением» в черную дыру. Но если излучение будет слишком мощным, оно «сдует», как ветром, окружающую материю, и источник «питания» пропадет. Переломное значение в этом процессе называют эддингтоновской светимостью, или пределом Эддингтона.
Судя по полученным данным, масса черной дыры в UHZ1 как минимум в 10 миллионов раз больше солнечной. И примерно такая же масса у всей ее галактики. В современной Вселенной подобных объектов нет: обычно масса сверхмассивной черной дыры составляет около 0,1% массы ее галактики. По словам авторов исследования, настолько высокая доля у UHZ1 означает, что мы «поймали» этот объект на раннем этапе эволюции.
Существуют две версии, как настолько массивные объекты могли успеть сформироваться в молодой Вселенной. Согласно первой, «зародышами» этих дыр стали остатки чрезвычайно массивных первых звезд, которые со временем набрали массу, поглощая материю. Согласно второй версии, они формировались сразу большими во время гравитационного коллапса космического газового облака.
Опираясь на оценку массы квазара UHZ1 и предполагая, что черная дыра сформировалась через 200 миллионов лет после Большого взрыва, ученые рассчитали ее эволюцию и сделали следующий вывод. Если бы дыра образовалась из умершей звезды, то на протяжении эволюции ей пришлось бы поглощать материю в два раза быстрее, чем позволяет предел Эддингтона. Если же она сформировалась из облака, то ей достаточно было бы поддерживать скорость на уровне этого предела.
Конечно, это первый такой анализ подобного объекта, поэтому к его выводам нужно отнестись с долей скепсиса. О десяти оставшихся галактиках и их рентгеновских наблюдениях ученые пообещали рассказать в другой публикации. Исследование о UHZ1 вышло в журнале Nature Astronomy.
Автор: Дарья Губина